[发明专利]用于转子材料的确定性疲劳寿命预测的方法以及系统

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119，本申请要求以在2012年1月23日提交的、美国临时专利申请序号为61/589,426的申请为优先权，其全部内容在此以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及转子材料中的疲劳寿命预测。

背景技术

疲劳寿命预测在涡轮发电机中是一项重要的管理任务。在高温高压环境下经过长期运转，使机壳、阀门、以及转子材料冶金方式劣化。在恶劣条件下的多年运行，由于断裂(fracture)和蠕变(creep)所致的裂纹(cracks)可能开始并且发展。本领域中已经期望可靠的寿命预测技术，用于维护以及检修计划，以便降低寿命周期成本。

虽然过去几十年来做出了努力，但本领域中仍然存在一些困难和挑战。高温和高压环境中的疲劳裂纹蔓延是一种复杂而且动态的过程，其涉及许多领域的专门知识和经验判断。恶劣环境下的疲劳寿命预测必须周密地包括两个主要内容：(1)时间-和温度-相关的疲劳与蠕变-疲劳裂纹生长，以及(2)多裂纹相互作用及其对最终疲劳寿命的影响。疲劳裂纹生长不仅受到应力强度因子(stress intensity factor)驱使，而且受到J积分驱使。多裂纹之间、或者裂纹与边界之间的相互作用影响应力强度因子和J积分。用于蒸汽轮机或燃气轮机的典型加载曲线(loading profile)中的保持时间也影响疲劳裂纹生长。对于没有专门知识的普通工程技术人员而言，成功地进行寿命预测并不容易。

期望有一种系统，能管理在此过程中所要求的有用信息和经验信息。

发明内容

在本发明的一种示例性实施例中，一种疲劳寿命预测方法包括：计算所关注对象的临界裂纹尺寸；识别所关注对象的超声数据中的第一裂隙；判断第一裂隙是与第二裂隙相互作用、第一裂隙是要与第二裂隙合并、还是第一裂隙是孤立的；基于上述判断，计算初始裂纹尺寸；以及，计算由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大，以便判断初始裂纹尺寸达到临界裂纹尺寸之前负荷循环的数量。

所关注对象包括涡轮发电机的部件。该部件包括转子。当满足关于相互作用的预定准则时，第一裂隙是与第二裂隙相互作用。当满足关于合并的预定准则时，第一裂隙是要与第二裂隙合并。

重复由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大的计算步骤，直至初始裂纹尺寸满足或超过临界裂纹尺寸。

负荷循环包括施加至对象的最小应力、施加至对象的最大应力、对象暴露的温度、以及保持时间。

在本发明的一种示例性实施例中，一种疲劳寿命预测系统，包括：存储装置，用于存储程序；处理器，与存储装置通信，该处理器以程序操作，以便：计算所关注对象的临界裂纹尺寸；识别所关注对象的超声数据中的第一裂隙；判断第一裂隙是与第二裂隙相互作用、第一裂隙是要与第二裂隙合并、还是第一裂隙是孤立的；基于该判断，计算初始裂纹尺寸；以及，计算由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大，以便判断初始裂纹尺寸达到临界裂纹尺寸之前负荷循环的数量。

所关注对象包括涡轮发电机的部件。该部件包括转子。当满足关于相互作用的预定准则时，第一裂隙是与第二裂隙相互作用。当满足关于合并的预定准则时，第一裂隙是要与第二裂隙合并。

处理器进一步以程序代码操作，以便重复计算由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大，直至初始裂纹尺寸满足或超过临界裂纹尺寸。

在本发明的一种示例性实施例中，一种用于疲劳寿命预测的计算机程序产品，包括：非暂时性计算机可读存储介质，具有包含于其上的计算机可读程序代码，该计算机可读程序代码包括：构造成执行下列步骤的计算机可读程序代码：计算所关注对象的临界裂纹尺寸；识别所关注对象的超声数据中的第一裂隙；判断第一裂隙是与第二裂隙相互作用、第一裂隙是要与第二裂隙合并、还是第一裂隙是孤立的；基于该判断，计算初始裂纹尺寸；以及，计算由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大，以便判断初始裂纹尺寸达到临界裂纹尺寸之前负荷循环的数量。

所关注对象包括涡轮发电机的部件。该部件包括转子。当满足关于相互作用的预定准则时，第一裂隙是与第二裂隙相互作用。当满足关于合并的预定准则时，第一裂隙是要与第二裂隙合并。

重复由于疲劳和蠕变所致的初始裂纹尺寸中的增大的计算步骤，直至初始裂纹尺寸满足或超过临界裂纹尺寸之前。